CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ PHƯƠNG ÁN 3
X 1. Xác định lưu lượng tính toán:
Q= 500m3/ng.đ
Qh = m3/h
Qs = m3/s
- Song chắn rác
Nhiệm vụ : giữ lại các tạp chất có kích thước lớn, nhờ đó tránh gây tắc nghẽn và bào mòn bơm, đường ống hoặc kênh dẫn. Đây là công trình đầu tiên của trạm xử lý nước thải.
Chọn các thông số kỹ thuật của mương đặt song chắn rác:
Độ dốc I = 0,008
Chiều ngang B = 0,2 m
Chọn tốc độ của nước thải trước song chắn rác V = 0,6 m/s
Độ dày h = 0,1m
Chiều cao lớp nước ở song chắn rác lấy bằng độ dày tính toán ở mương dẫn: h1 = h = 0,1m
Số khe hở của song chắn rác được tính theo công thức:
n== = 6 khe
Trong đó:
n:số khe hở song chắn rác
: tốc độ nước chảy qua song chắn rác = 0,6 m/s
K: hệ số tính đến mức độ thu hẹp dòng chảy do hệ thống cào rác, K = 1,05.
B: khoảng cách khe hở của song chắn rác, b=16 – 25 mm. Chọn b = 16 mm.
Q :lưu lượng nước thải, Q = 0,0058 m3/s
Số thanh chắn: m = n- 1 = 6 – 1 = 5 thanh
Chiều rộng của song chắn rác được tính theo công thức:
Bs = s(n+1) + bn = 0,008(6+1) + 0,0166= 0,152 m
Trong đó: s là bề dày của thanh chắn rác, s = 0,008 mm.
Kiểm tra vận tốc dòng chảy ở phần mở rộng của mương trước song chắn rác để khắc phục khả năng lắng đọng cặn khi vận tốc nhỏ hơn 0,4 m/s
Vkt = = = 0,42 m/s > 0,4 m/s
Tổn thất áp lực ở song chắn rác:
hs =
Trong đó:
: vận tốc nước thải trước song chắn;
K: hệ số tính đến sự tăng tổn thấtdo vướng mắc rác ở song chắn, K=2-3,chọn K=2;
: hệ số sức cản cục bộ của song chắn được xác định theo công thức:
= = 0,679
: hệ số phụ thuộc vào tiết diện ngang của thanh song chắn, chọn hình dạng tiết diện thanh song chắn là hình chữ nhật, khi đó =2,42;
: góc nghiêng của song chắn so với hướng dòng chảy, =450.
Suy ra:
hs = = 0,679 = 0,044 m= 4,4cm
Chiều dài phần mở rộng trước thanh chắn rác L1:
L1= = = 0,07 m
Trong đó:
Bs : chiều rộng song chắn rác, Bs=0,152m
B : chiều rộng mương dẫn, B=100mm=0,1m
: góc nghiêng chỗ mở rộng, thường lấy =200
Chiều dài phần mở rộng sau thanh chắn rác L2:
L2 = =0,035 m
Chiều dài xây dựng của phần mương để lắp đặt song chắn rác:
L = L1 + L2 + Ls = 0,07 +0,035 + 0,5 = 0,605 m
Trong đó: Ls: chiều dài phần mương đặt song chắn rác, Ls=0,5m.
Chiều sâu xây dựng của phần mương đặt song chắn rác:
H = h1 + hs + hbv= 0,1 + 0,044 + 0,5 = 0,644m
Trong đó:
h1: độ đầy ở mương dẫn, h1=0,1m;
hs: tổn thất áp lực ở song chắn rác, hs=0,044m;
hbv:chiều cao bảo vệ. Chọn hbv=0,5m
Khối lượng rác được giữ lại trước song chắn rác được xác định:
Trong đó:
a: lượng rác tính cho đầu người trong năm, lấy a = 8 L/ng.năm (Điều 4.1.11-TCXD-51-84).
0,076 m3/ngay.đ
Trọng lượng rác ngày đêm là:
Trong đó:
G: tỷ trọng rác, G = 750 kg/m3
Lượng rác lấy ra là 0,076 m3/ng.đ < 0,1 m3/ngd nên sử dụng phương pháp vớt rác thủ công rồi đem chôn lấp tại bãi rác.
Hàm lượng chất lơ lửng (TSS) và BOD5 của nước thải sau khi đi qua song chắn rác giảm 4%, còn lại:
TSS = TSS (100-4)% = 263 96% = 252,48 mg/l
BOD5 = BOD5 (100-4)% = 493 96% = 473,3 mg/l
- Bể lắng cát ngang
Nhiệm vụ: Loại bỏ các tạp chất vô cơ không hòa tan như cát, sỏi,xỉ và các các vật liệu rắn khác có vận tốc lắng hay trọng lượng riêng lớn.
Chọn thời gian lưu nước trong bể lắng cát ngang t = 60s.
Lưu lượng nước tính toán: Q = 0,0058 m3/s
Thể tích tổng cộng của bể lắng cát:
Wb = Qstt*t = 0,0058*60 = 0,348 m3
Chiều dài bể lắng cát ngang được xác định theo công thức:
L === 6,82 m
Trong đó:
K : hệ số phụ thuộc vào loại bể lắng cát và độ thô thủy lực của hạt cát U0.Với đường kính hạt cát giữ lại trong bể d=0,2mm→U0=18,7mm/s và K=1,7;
Htt: độ sâu tính toán của bể lắng cát, Htt=0,25-1m (Điều 6.3.4.a-TCXD-51-84). Chọn Htt=0,25m;
: tốc độ của nước thải trong bể lắng cát ngang, =0.25-0,4. Chọn =0,3m/s (Bảng TK-2 –xử lý nước thải đô thị và công nghiệp, tính toán thiết kế công trình-Lâm Minh Triết,Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân).
U0: độ thô thủy lực của hạt cát, U0=18,7-24,2mm/s ứng với đường kính của hạt cát d=0,20-0,25mm. Chọn U0=18,7mm/s.
Diện tích tiết diện ướt của bể lắng cát ngang được tính theo công thức:
F =
Trong đó:
: tốc độ của nước thải trong bể lắng cát ngang. Chọn =0,15m/s .
Chiều rộng bể lắng cát ngang được xác định theo công thức:
B= = 0,16 m
Trong đó:
Htt: độ sâu tính toán của bể lắng cát, Htt=0,25-1m (Điều 6.3.4.a-TCXD-51-84), chọn Htt=0,25m.
Thể tích phần chứa cặn của bể lắng cát ngang được tính theo công thức:
W= = 0,14 m3
Trong đó:
P: lượng cát lắng được trong bể cát, P = 0,02l/ng.ngđ (Điều 6.3.5-TCXD-51-84);
N: dân số tính toán, N = 3500người;
t:chu kỳ xả cát, t = 2 ngày đêm.
Chọn bể lắng cát ngang gồm 2 đơn nguyên làm việc luân phiên nhau.
Chiều cao lớp cát trong bể lắng cát ngang trong 2 ngày đêm :
hc=
Với n = 1: Số bể lắng cát làm việc.
Chiều cao xây dựng của bể lắng cát ngang :
Hxd = Httmax + hc + hbv = 1 + 0,26 + 0,5 = 1,76m
Chọn chiều cao bảo vệ :hbv=0,5m
Hàm lượng chất lơ lửng (TSS) và BOD5 của nước thải sau khi đi qua bể lắng cát giảm 5%, còn lại:
TSS = TSS (100-5)% = 252,48 95% = 239,98 mg/l
BOD5 = BOD5 (100-5)%= 473,3 95% = 449,64 mg/l
- Bể điều hòa
Nhiệm vụ: Bể điều hòa có nhiệm vụ điều hòa nước thải về lưu lượng và nồng độ, giúp làm giảm kích thước và tạo chế độ làm việc ổn định cho các công trình phía sau , tránh hiện tượng quá tải.
Nội dung tính toán :
Kích thước bể
Hệ thống xáo trộn tránh lắng cặn
Thời gian lưu nước trong bể điều hòa t = 4÷12 h.Chọn t = 8 h .
Xác định kích thước bể:
Thể tích bể điều hòa :
W = Qh t = 20,8 8= 166,4m3
Chọn chiều cao làm việc h = 4m, chiều cao bảo vệ hbv = 0,5m
Chiều cao xây dựng :
Diện tích mặt bằng bể :
Chia bể điều hòa làm 2 ngăn thông nhau, kích thước mỗi ngăn : LBH = 53,54,5
Hàm lượng BOD5 của nước thải sau khi đi qua bể điều hòa giảm 5%, còn lại:
BOD5 = BOD5 (100-5)%= 449,64 95% = 427,15 mg/l
Tính toán hệ thống cấp khí cho bể điều hòa :
Lượng không khí cần thiết :
Lkhí= Qha=20,83,74 = 77,79 m3
Trong đó :
a : lượng không khí cấp cho bể điều hòa, a = 3,74m3 khí/m3 nước thải (Theo W.Wesley Echenfelder, Industrial Water Pollution Control,1989).
Chọn hệ thống cấp khí bằng thép có đục lỗ, mỗi ngăn bao gồm 2 ống đặt dọc theo chiều dài bể (6,5m).
Lưư lượng khí trong mỗi ống :
qống==m3/h
Trong đó :
: vận tốc khí trong ống, =10-15m/s. chọn =10m/s.
Đường kính ống dẫn khí:
dống=0,017m = 17mm
Chọn ống = 21mm, đường kính các lỗ 2-5mm. Chọn dlỗ=4mm=0,004m.Vận tốc khí qua lỗ vlỗ=5-20m/s, chọn vlỗ=15m/s.
Lưu lượng khí qua một lỗ:
qlỗ= vlỗ
Số lỗ trên một ống:
N= lỗ
Chọn N=12 lỗ
Số lỗ trên 1m chiều dài ống:
n=N/5=2,4 lỗ
Chọn n = 3 lỗ/m.ống.
- Tính toán bể lắng hai vỏ
Nhiệm vụ:
Lắng các tạp chất lơ lửng;
Chế biến cặn lắng bằng quá trình lên men kỵ khí.
Nội dung tính toán bể lắng 2 vỏ gồm 2 phần cơ bản:
Tính toán máng lắng;
Tính toán ngăn lên men cặn lắng.
Tính toán máng lắng:
Thể tích tổng cộng của bể lắng:
W = 20,8m3/h * 1,5h = 31,2 m3
Trong đó:
t: thời gian lắng ở bể lắng 2 vỏ, t=1,5h.(Theo 6.5.3-TCXD-51-84).
Thể tích hữu ích của máng lắng được tính theo công thức sau đây:
Wm = Qh t 3600 = 0,0058 1,5 3600=31,32m3
Diện tích tiết diện ướt của một máng lắng được xác định theo công thức :
Nếu góc nghiên ở đáy máng lắng được thiết kế với một góc 500 thì công thức trên có thể viết thành :
+0,3b2
Trong đó :
b : chiều ngang máng lắng, lấy không quá 3m, chọn b=2m ;
h1 : chiều cao lớp nước phần hình chữ nhật của máng lắng lấy không quá 1m, chọn h1=0,5m ;
Vậy :
+ 0,322 = 2,2m
Chiều cao lớp nước phần hình tam giác của máng lắng được tính như sau:
h2=
Chiều dài của máng lắng được xác định theo công thức:
L =
Trong đó:
n: số lượng bể lắng 2 vỏ, n=1;
n1: số lượng máng lắng trong một bể, n1=2.
Chọn bể lắng 2 vỏ có dạng hình tròn trong mặt bằng, vì vậy chiều dài của máng lắng bằng đườg kính trong bể: L = D = 7,12m
Tốc độ lắng của hạt lơ lửng qua máng lắng được xác định theo công thức:
u =
Trong đó:
t: thời gian lắng, t=1,5h ;
H : chiều sâu trung bình của máng lắng, được xác định như sau :
H = h1+0,5h2=0,5+0,51,2=1,1m
Vậy :
u = = 0.55 m/h = 0,2 mm/s
Hiệu quả lắng chất lơ lửng của bể là 40-50% :
TSS = TSS (100-40)% = 239,98 60% = 144 mg/l
Hàm lượng BOD5 của nước thải giảm 15-20%, còn lại:
BOD5 = BOD5 (100-15)%= 427,15 85% = 363,1mg/l
Với TSS=144 mg/l < 150 mg/l thỏa Điều 6.5.3-TCXD-51-84 rằng nước thải dẫn đến công trình xử lý sinh học có hàm lượng chất lơ lửng không vượt quá 150 mg/l .
Theo tiêu chuẩn thiết kế (Điều 6.6.2=TCXD-51-84) thì mặt thoáng tự do của bể lắng 2 vỏ để cặn không nổi lên không nhỏ hơn 20% diện tích mặt bằng của bể (nhưng không lớn hơn 50%). Thực hiện điều này có nghĩa là nhằm tránh sự tích đọng màng bùn quá nhanh và cũng để tạo một thể tích dung dịch đệm nước bùn đủ cho quá trình hoạt động bình thường của bể.
Diện tích mặt thoáng được tính như sau:
F = 100%=28%
Như vậy thỏa mãn yêu cầu ở trên.
Tính toán ngăn bùn
Ngăn bùn của bể lắng 2 vỏ được tính toán phụ thuộc vào thời gian lên men cặn hữu cơ và phụ thuộc vào nhiệt độ trung bình của nước thải về mùa lạnh (hoặc nhiệt độ trung bình năm của không khí).
Thể tích ngăn bùn của bể lắng 2 vỏ được tính theo công thức:
W = = 45,5m3
Trong đó:
Wb: thể tích ngăn tự hoại trong bể lắng 2 vỏ, lấy theo Điều 6.6.3-TCXD-51-84. ứng với nhiệt độ nước thải về mùa lạnh 250C. Wb=10l/người;
N: dân số tính toán, N=3500 người;
K: hệ số tăng thể tích ngăn bùn, lấy bằng 30% khi dẫn bùn từ bể lắng sau bể lọc sinh học nhỏ giọt hoặc bể Aerotank làm sạch không hoàn toàn vào, K=1,3;
Lượng bùn sinh ra mỗi ngày
Mbun=(SSvào-SSra)500m3/ngày.đ=(239,98-144)*500*10-3 = 47,99kg/m3
Thể tích bùn sinh ra mỗi ngày
Vbun = Mbun/C = 0,6 m3/ngày
Trong đó C là hàm lượng chất rắn trong bùn lấy = 80kg/m3
Chiều cao phần hình nón ( với đáy nghiên 300) được tính theo công thức:
hn= 0,29D-0,12= 0,297,12-0,12=1,9m
Thể tích phần hình nón của bể lắng 2 vỏ được tính theo công thức:
Wn== 27,3m3
Trong đó:
F1: diện tích mặt cắt ngang hình trụ của bể lắng được xác định bởi:
F1==39,82m2
F2: diện tích đáy nhở hình nón cụt được xác định bởi:
F2==0,23m2
ở đây d là đường kính đáy nhỏ hình nón cụt dược xác định như sau:
d=D-2x=D-2hncotg300=7,12-21,9=0,54m
Chiều cao xây dựng của bể lắng 2 vỏ bằng:
Hxd=h1+h2+h3+h4+htr+hn=0,5+1,2+0,5+0,4+2+1,9=6,5m
Trong đó:
h3: chiều cao lớp trung hòa, tính từ mực bùn cao nhất đến khe hở của máng lắng, h3=0,4-0,5m. Chọn h3=0,5m;
h4: khoảng cách từ mực nước đến thành bể, chọn h4=0,4m;
htr: chiều cao phần hình trụ của bể lắng 2 vỏ, lấy 2-3m. Chọn htr=2m;
hn: chiều cao phần hình nón, hn=1,9m.
- Tính toán bể UASB
UASB – bể xử lý sinh học dòng chảy ngược qua lớp bùn ( Upflow anaerobic sludge blanket). Mô hình bể là hình trụ tròn gồm 2 phần: phần phân huỷ và phần lắng. Nước thải được phân phối vào từ đáy bể và đi ngược lên qua lớp bùn sinh học có mật độ vi khuẩn cao.
Khí sinh ra trong quá trình phân huỷ kỵ khí được thu vào phễu tách khí lắp đặt phía trên. Để thu khí tập trung vào phễu không vào ngăn lắng , cần thiết có tấm hướng dòng.
Các thông số đầu vào của bể UASB :
Q = 500m3/ngđ
BOD5 = 363,1 mg/l
COD = 420 mg/l
SS = 144mg/l
Thực nghiệm trên mô hình pilot rút ra được kết quả sau:
Bùn nuôi cấy ban đầu lấy từ bùn của bể phân huỷ kỵ khí từ quá trình xủa lý nước thải sinh hoạt cho vào bể với hàm lượng 30kgSS/m3;
Tỉ lệ MLVS/MLSS của bùn trong bể UASB =0,75;
Tải trọng bề mặt phần lắng 12m3/m2.ngày;
ở tải trọng thể tích L0 = 3kg COD/m3.ngày, hiệu quả khử COD đạt 65% và BOD5 đạt 75%;
Lượng bùn phân huỷ kỵ khí cho vào ban đầu có TS=5%;
Y=0,04 gVSS/gCOD, kđ=0,025 ngày-1,tc=60 ngày.
Để giữ cho lớp bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng, tốc độ nước dâng trong bể phải giữ trong khoảng 0,6 – 0,9m/h . Chọn v=0,6 m/h.
Diện tích bề mặt cần thiết của bể:
Chọn F = 35m2
Thể tích ngăn phản ứng bể UASB :
Vr = 70m3
Chọn 2 đơn nguyên hình vuông, vậy cạnh mỗi đơn nguyên là:
W =
Chiều cao phần phản ứng:
H =
Giả sử :
Chiều cao phểu thu khí: hp=1,5m; (Theo quy phạm hp=1,5-2m)
Chiều cao bảo vệ: hbv=0,3m.
Chiều cao tổng cộng của bể UASB:
Htc = H + hp + hbv= 1,7+1,5+0,3=3,5m
Thể tích thực của bể:
Vt=2 * W * W * Htc=2 * 4,6 * 4,6 * 3,5
Thời gian lưu nước trong bể UASB 6h.
Lượng bùn nuôi cấy ban đầu cho vào bể (TS = 5%):
Mb = =42000kg=42tấn
Trong đó:
Css: hàm lượng bùn trong bể, kg/m3;
Vr: thể tích ngăn phản ứng;
TS: hàm lượng chất rắn trong bùn nuôi cấy ban đầu, %.
Hàm lượng COD của nước thải sau xử lý kỵ khí:
CODra= (1-ECOD)CODvào=(1-0,65)420 mg/l =147 mg/l
Hàm lượng BOD của nước thải sau xử lý kỵ khí:
BODra= (1-EBOD)BODvào=(1-0,75)363,1 mg/l =272,31 mg/l
Tính toán ngăn lắng:
Diện tích bề mặt phần lắng:
A = = 041,67m2
Trong mỗi đơn nguyên, bố trí 2 chụp thu khí và 4 tấm hướng dòng.
Tổng chiều cao của toàn bộ ngăn lắng Hlắng (kể cả chiều cao vùng lắng) và chiều cao dự trữ chiếm trên 30% tổng chiều cao bể. Chọn Hlắng=40%Htc=1,4m
Thời gian lưu nước trong ngăn lắng, thời gian này phải lớn hơn 1h:
:thoả điều kiện.
Tính toán phễu thu khí
Giả sử mỗi đơn nguyên gồm 2 phễu thu khí. Mỗi phễu có chiều cao 1,5m. Đáy phễu thu khí có chiều dài bằng cạnh đơn nguyên: l = W = 4,6mg/l và chiều rộng w=1,9m.
Trong mỗi đơn nguyên có 4 khe hở.
Vậy phần diện tích bề mặt khe hở giữa các phễu thu khí là:
=17%:thoả điều kiện
Trong đó:
A: diện tích bề mặt bể;
Akh: diện tích khe hở giữa các phễu thu khí;
Ap: diện tích đáy phễu thu khí.
Giá trị này nằm trong khoảng 15-20%.
Diện tích của mỗi khe:
Bề rộng khe hở:
Tính toán tấm hướng dòng
Tấm hướng dòng cũng được đặt nghiêng 1 góc 600 so với phương ngang cách tấm chắn khí 0,19 .
Tính toán lượng khí mêtan sinh ra
Thể tích khí mêtan sinh ra mỗi ngày:
= 159[(S0-S)Q-1,42Px]
=350,84[(420-147)gCOD/m3 500m3/ngày1kg/1000g-1,422,2]
=46793 l/ngày= 46,793 m3/ngày
Trong đó:
: thể tích khí mêtan sinh ra ở điều kiện chuẩn ( nhiệt độ 00C và áp suất 1atm);
Q: lưu lượng nước thải cần xử lý, m3/ngày;
Px: sinh khối tế bào sinh ra mỗi ngày, kg VS/ngày;
350,84: hệ số chuyển đổi lý thuyết lượng khí mêtan sản sinh từ 1 kg BODL chuyển hoàn toàn thành khí mêtan và CO2, lit CH4/kg BODL.
Tính toán lượng bùn sinh ra
Lượng sinh khối hình thành mỗi ngày:
Px =
Px = 2,2 kgVS/ngày
Lượng bùn dư sinh ra mỗi ngày:
Qw = 0,1 m3/ngày
Lượng chất rắn từ bùn dư:
Mss=QwCss=0,1m3/ngày30kgSS/m3= 3 kg SS/ngày
Tính toán dàn ống phân phối nước vào
ống chính
Vận tốc nước chảy trong ống chính v=0,8 -2m/s.Chọn vận tốc nước trong ống chính vc = 1 m/s.
chọn ống nhựa PVC có đường kính ống =110mm.
ống nhánh
Từ ống chính chia làm 2 ống nhánh đi vào 2 đơn nguyên.
Vận tốc nước chảy trong ống nhánh v=0,8 -2m/s.Chọn vận tốc nước trong ống nhánh vn = 1 m/s.
chọn ống nhựa PVC có đường kính ống =63mm.
ống nhánh nhỏ
Từ 2 ống nhánh chia làm 4 ống nhánh nhỏ đi vào mỗi đơn nguyên.
chọn ống nhựa PVC có đường kính ống =40mm.
Ống dẫn nước thải sang aerotank
Vận tốc nước chảy trong ống v=0,1- 0,5m/s , chọn v=0,5m/s.
chọn ống nhựa PVC có đường kính ống =125mm.
Lấy mẫu
Để biết được sự hoạt động bên trong bể, dọc theo chiều cao bể ta đặt các van lấy mẫu. Với các mẫu thu được ở cùng một van, ta có thể ước đoán lượng bùn ở độ cao đặt van đó. Sự ước đoán này rất cần thiết khi muốn biết tải trọng thực sự của bùn và thời gian lưu bùn hiện trong bể là bao nhiêu, từ đó mà có sự điều chỉnh thích hợp.
Trong điều kiện ổn định, tải trọng của bùn gần như không đổi, do đó mật độ bùn tăng lên đều đặn. Nhưng ngay trong những trường hợp đó, việc lấy mẫu vẫn được đề nghị thực hiện đều đặn.
Khi mở van, cần điều chỉnh sao cho bùn ra từ từ để đảm bảo thu được bùn gần giống trong bể vì nếu mở lớn quá thì nước sẽ thoát ra nhiều hơn. Thông thường lấy 50÷150 ml mẫu vào 2 lần cách nhau ít nhất 1h.
Bể cao 3,5 do đó dọc theo chiều cao bể đặt 5 van lấy mẫu, các van đặt cách nhau 0,7m. Van dưới cùng đặt cách đáy 0,5m.
Chọn ống và van lấy mẫu bằng nhựa PVC cứng = 25mm.
f. Bể Aerotank
Nhiệm vụ: Thực hiện quá trình phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải ở điều kiện hiếu khí.
Các thông số tính toán cơ bản cho Aerotank xáo trộn hoàn toàn:
Thời gian lưu bùn: ngày.
Tỷ số F/M: 0.2 – 0.6 kg/kg.ngày.
Tải trọng thể tích: 0.8 – 1.92 kgBOD5/m3.ngày.
Nồng độ MLSS: 2500 – 4000mg/l.
Tỷ số thể tích trên lưu lượng giờ:
Tỷ số tuần hoàn bùn hoạt tính:
BOD5:BOD20=0.68
MLVSS: MLSS = 0.8
Xác định BOD5 của nước thải đầu vào và đầu ra của bể aerotank :
Ta có BOD5vào = 272,31 mg/l
Chọn hiệu quả xử lý BOD của bể Aerotank là 90%
Vậy BOD5ra = 272,31 x (1 – 0.9) = 27,231 mg/l
Tính BOD5 hoà tan trong nước ở đầu ra
Phương trình cân bằng vật chất:
BODra = BOD5 hoà tan trong nước đầu ra + BOD5 của chất lơ lửng trong nước đầu ra
Trong đó BOD5ra=27,321 mg/l
SSra = 30 mg/l ( giả sử 60% là cặn có thể phân hủy sinh học )
BOD5 chứa trong cặn lơ lửng ở đầu ra: 0.6 x 30 = 18mg/l.
Vậy lượng oxy cần thiết là: 18 mg/l)x 1,42 mgOxy/ mg tế bào = 25 mg/l
BOD5 của chất rắn lơ lửng đầu ra là : 25*0,68=17 mg/l
Vậy:
BOD5ra= BOD5 hoà tan trong nước đầu ra + BOD5 của chất lơ lửng trong đầu ra
27.321 mg/l =BOD5ht+17
BOD5ht= 10,321 mg/l
Tính hiệu quả xử lý
Hiệu quả tính theo BOD5 hòa tan:
=96%
Hiệu quả xử lý tính theo tổng cộng:
=90%
Xác định thể tích bể Aerotank
Thể tích bể Aerotank được xác định theo công thức:
=140,35 m3
Trong đó:
: thời gian lưu bùn đối với nước thải đô thị , =5-15 ngày. Chọn =10ngày;
Q : lưu lượng trung bình ngày, Q =500m3/ng.đ;
Y: hệ số sản lượng bùn, Y = 0,4-0,8 mg VSS/mgBOD5. chọn Y = 0,6 mg VSS/mgBOD5;
X: nồng độ chất lơ lửng dễ bay hơi trong hỗn hợp bùn hoạt tính. Đối với nước thải sinh hoạt có thể lấy X=3500 mg/l ;
Kd: Hệ số phân huỷ nội bào. Kd = 0,06 ngày-1
Thời gian lưu của bể:
24 = 6,74h
Xác định kích thước bể Aerotank :
Chọn chiều cao hữu ích h = 3,5m, chiều cao bảo vệ hbv= 0.5m.
Vậy chiều cao tổng cộng của bể là: H = h + hbv = 3,5 + 0.5 = 4(m).
Chọn chiều rộng bể B = 5m
Chiều dài L của bể:
L==7 m
Vậy kích thước của bể Aerotank là L x B x H = 7m x 5m x 4m
Tính toán lượng bùn dư thải ra mỗi ngày
Hệ số sản lượng quan sát (Yobs) là:
=0,375
Lượng bùn sinh ra mỗi ngày theo VSS là:
PVSS = YobsQ()=0,375 500 ()gBOD/m310-3kg/g
PVSS = 49 kgVSS/ngày
Tổng lượng bùn sinh ra mỗi ngày theo SS là:
kgSS/ngày
Lượng cặn dư hằng ngày phải xả đi:
Pxả=PSS-(Q 3010-3) = 61,25-(5003010-3) = 46,25 kg/ ngày
Xác định lưu lượng bùn thải
Giả sử bùn dư được xả bỏ (dẫn đến bể nén bùn) từ đường ống dẫn bùn tuần hoàn, Qra=Q và hàm lượng VSS trong bùn ở đầu ra chiếm 80% hàm lượng chất rắn lơ lửng SS.
Khi đó lưu lượng bùn dư thải bỏ được tính toán từ công thức:
Trong đó:
X là nồng độ VSS trong hỗn hợp bùn hoạt tính trong bể Aerotank,X = 3500mg/l;
Xra là nồng độ VSS trong SS ra khỏi bể lắng, Xra=0,8 50 = 40;
Qb là lưu lượng bùn dư cần xử lý (m3/ngày);
Q là lưu lượng nước thải (m3/ngày).
Từ đó tính được:
= 8,3 m3/ng.đ
Xác định tỷ số tuần hoàn bằng cách viết phương trình cân bằng vật chất đối với bể Aerotank theo sơ đồ:
Cân bằng vật chất cho bể Aerotank :
QX0+QthXth=(Q+Qth)X
Trong đó:
Q: lưu lượng nước thải ;
Qth : lưu lượng bùn hoạt tính tuần hoàn;
X0: nồng độ VSS trong nước thải dẫn vào Aerotank , mg/l ;
X: nồng độ VSS ở bể Aerotank , X=3500 mg/l ;
Xth : nồng độ VSS trong bùn tuần hoàn, Xth=8000 mg/l .
Giá trị X0 thường rất nhỏ so với X và Xth, do đó trong phương trình cân bằng vật chất ở trên có thể bỏ qua đại lượng QX0.
Khi đó phương trình cân bằng vật chất sẽ có dạng:
QthXth=(Q+Qth)X
Chia 2 vế của phương trình trên cho Q và đặt tỉ số Qth/Q = (được gọi là tỉ số tuần hoàn), ta được:
Xth=X+X
Hay =
Lưu lượng bùn tuần hoàn :
Qth= Q =5000,78 = 390 m3/ngày = 16,25 m3/h
Xác định lượng khí cấp cho Aerotank :
Khối lượng BODL tiêu thụ trong quá trình sinh học bùn hoạt tính là:
10-3=192,6 kg/ngày
Nhu cầu oxy cho quá trình là:
=-1,42PVSS = 192,6-1,4249=123,02 kgO2/ngày
Tính thể tích không khí theo yêu cầu:
Lượng không khí yêu cầu theo lý thuyết (Giả sử rằng không khí có 23.2% trọng lượng Oxy và trọng lượng riêng của không khí ở 200C là 0,0118kN/m3= 1,18 kg/m3) là:
m3/ngày
Giả sử hiệu quả vận chuyển oxy của thiết bị thổi khí là 8%, hệ số an toàn khi sử dụng trong thiết kế là 2 .
Lượng không khí yêu cầu đối với hiệu quả vận chuyển 8% sẽ bằng:
449,38/0,08 = 5617,25 m3/ngày = 4 m3/ phút
Kiểm tra lượng không khí cần thiết cho xáo trộn hoàn toàn là:
q= 28
Trị số này nằm trong khoảng cho phép :
Lượng không khí thiết kế để chọn máy nén khí là:
Qkk= 4 2 = 8 m3/ phút =8000l/phút= 0,13 m3/s
Tính toán máy nén khí
Áp lực cần thiết cho hệ thống khí nén xác định theo công thức:
Hm= hd+hc+hf+H
Trong đó:
hd: tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn(m);
hc: tổn thất cục bộ(m);
hf: tổn thất qua thiết bị phân phối(m);
H: chiều sâu hữu ích của bể, H=3,5mg/l.
Tổng tổn thất hd+hc thường không vượt quá 0,4m; tổn thất hf không quá 0,5m.
Vậy áp lực cần thiết sẽ là:
Hm= hd+hc+hf+H =0,4+0,5+3,5 = 4,4m
Áp lực không khí sẽ là:
P==1,43 at
Công suất máy nén khí tính theo công thức:
Trong đó:
q : Lưu lượng không khí, q = 0,13 m3/s
: Hiệu suất máy nén khí; = 0,7 0,9. chọn = 0,8
Chọn thiết bị khuếch tán khí
Chọn thiết bị khuếch tán khí dạng đĩa xốp , đường kính 170 mm , diện tích bề mặt F=0,0227 m2, cường độ thổi khí 200 l/phút.đĩa = 12 m3/giờ.đĩa.
Các đĩa phân phối khí này sẽ được đặt sát đáy bể.
Số đĩa cần phân phối trong bể:
n==40 đĩa
40 đĩa thổi khí này sẽ được bố trí đều theo chiều dài bể, đặt theo chiều rộng 4 đĩa và chiều dài 10 đĩa.
Tính toán đường ống dẫn khí
Đường kính ống phân phối chính:
D = =0,105m= 105mm
Chọn D=110mm.
Trong đó:
:Vận tốc khí trong ống dẫn khí chính.Chọn =15m/s
Qkk: Lưu lượng khí cần cung cấp , Qkk=0,13m3/s.
Từ ống chính ta phân vào 4 ống phụ phân phối khí vào bể, trên mỗi ống phụ đặt 10 đĩa phân phối khí.
Lượng khí qua mỗi ống nhánh là:
Qnhánh==2000 l/phút
Đường kính ống dẫn khí nhánh :
Chọn ống có đường kính d=63mm.
Trong đó:
:Vận tốc khí qua mỗi ống nhánh. Chọn =15m/s
Qnhánh: Lưu lượng khí qua ống nhánh. Qnhánh=1000 l/phút= 0,0325m3/s
Kiểm tra lại vận tốc ống :
Vận tốc ống chính:
→ =13,68m/s thuộc khoảng cho phép 10 15m/s
Vận tốc ống nhánh:
→=10,43m/s thuộc khoảng cho phép 10 15m/s.
Kiểm tra tỉ số F/M và tải trọng hữu cơ:
Trong đó:
=272,31 mg/l
X: Hàm lượng SS trong bể, X = 3500
: Thời gian lưu nước, = 0,28 ngày
Giá trị này nằm trong khoảng cho phép của thông số thiết kế bể (0,2-0,6 )
Tải trọng thể tích
Giá trị này trong khoảng thông số cho phép khi thiết kế bể (0,8 -1,92 kgBOD5/m3. ngày).
Tính toán đường ống dẫn bùn tuần hoàn
Đường kính ống dẫn bùn tuần hoàn:
Trong đó:
: vận tốc bùn trong ống. =0,5m/s
Qth: lưu lượng bùn tuần hoàn. Qth=16,25m3/h
→ chọn D’=110mm.
- Bể lắng 2
Nhiệm vụ: Bể lắng đợt hai có nhiệm vụ chắn giữ các bông bùn hoạt tính đã qua xử lý ở bể Aerotank và các thành phần tính chất không hoà tan. Hỗn hợp nước –bùn hoạt tính từ bể Aerotank được đưa liên tục sang bể lắng đứng để loại bỏ bùn hoạt tính trước khi dẫn đến công trình xử lý tiếp theo. Nước thải đươc dẫn vào ống trung tâm. Ống trung tâm ở thiết bị lắng đứng được thiết kế sao cho nước khi ra khỏi ống trung tâm có vận tốc nước đi lên trong thiết bị chậm nhất (trạng thái tĩnh),khi đó các bông cặn hình thành có tỉ trọng đủ lớn để thắng được vận tốc của dòng nước thải đi lên sẽ lắng xuống đáy của thiết bị lắng. Nước thải ra khỏi thiết bị có nồng độ COD giảm 70 – 80%.
+ Lưu lượng từ bể Aerotank vào bể lắng đứng: Q = 20,83m3/h
+ Chọn thời gian lắng tức thời gian lưu nước : 1,5h
+ Diện tích tiết diện ngang vùng lắng:
Trong đó:
: tốc độ tính toán của dòng nước đi lên (mm/s);
Với SS = 40mg/l. Chọn U0 = 0,45 => vtt = 0,45mm/s
:hệ số kể đến việc sử dụng dung tích bể bằng 1,3 khi D/H = 1;bằng 1,5 khi D/H = 1,5;
n: số đơn nguyên ( chọn 2 đơn nguyên).
+ Diện tích tiết diện ống trung tâm :
Trong đó:
t :Thời gian lưu nước trong ống chọn t = 15 phút (qui phạm t = 15- 20 phút)
H : Chiều cao ống trung tâm ,H = 0,9*Hl với H1 : Chiều cao vùng lắng
Chọn Hl = 3,5m (qui phạm 2,6 – 5 m)
+ Đường kính bể lắng :
Chọn D = 3,7m
Kiểm tra tỉ số D/H:
< 1,5 (phù hợp)
+ Đường kính ống trung tâm :d = 20%D = 0,2*3,7 = 0,74 m chọn d = 0,8m (theo Tính toán công trình xử lý nước thải –Lâm Minh Triết)
+ Đường kính ống loe: D’ = 1,35*d = 1,35*0,8= 1,08 m
+ Đường kính tấm chắn dòng :D” = 1,3*D’ =1,3*1,08 = 1,4m
Khoảng cách giữa ống loe và tấm chắn dòng:chọn bằng 0,3 m (quy phạm 0,25 – 0,5 m)
Tấm chắn dòng có dạng hình nón và có góc nghiêng với phương ngang 170.
+ Thể tích vùng chứa cặn :
(trang 85 – XLNC Nguyễn Ngọc Dung )
Trong đó:
+ hn :Chiều cao phần hình nón chứa nén cặn (m)
Xác định theo công thức :
: Góc nghiêng của phần hình nón so với phần mặt phẳng nằm ngang chọn =500 (quy phạm 45- 550)
D :Đường kính bể lắng
d : Đường kính phần đáy hình nón hoặc chóp lấy bằng đường kính ống xả cặn ,chọn dxc = 90mm
Do đó:
+ Chiều cao tổng cộng bể lắng :H = Hd + hn + hbv =3,5 + 2,15+ 0,3 =5,95(m)
Chọn H = 6m (thoả điều kiện)
Sau Aerotank chiều cao bể H=3,7 6,1.
Với :hbv chiều cao bảo vệ = 0,3 m(quy phạm 0,3 -0,5)
+ Thời gian lắng :
Với V = F * Hl + Vc =9,65*3,5 + 9,73 = 43,5(m3)
+ Vận tốc đi lên của dòng nước trong bể :
< U0 = 0,5mm/s (hợp lý)
+ Đường kính máng thu nước :Dm = 0,8*D = 0,8*3,7 = 2,96 (m) chọn 3m
+ Chiều rộng máng thu nước :
+ Chiều dài máng thu nước :
+ Tải trọng thu nước trên 1m dài của máng :
Giá trị này nằm trong khoảng cho phép : < 500 m3/m.ngđ
Chọn máng có : Chiều cao :0,2m
Chiều rộng :0,2m
Đặt máng cách miệng lắng :0,3m
+ Vậy thiết bị lắng đứng có kích thước mỗi bể:
Giả sử bùn sinh học có hàm lượng chất rắn , TSm=5%, VSm=70% và khối lượng riêng bùn Sm=1,0091.
Dung tích bùn cần xử lý mỗi ngày:
Qb=
- Bể khử trùng
Nhiệm vụ: Sau các giai đoạn xử lý: cơ học, sinh học… song song với việc làm giảm nồng độ các chất ô nhiễm đạt tiêu chuẩn quy định thì số lượng vi trùng cũng giảm đáng kể 90 – 95% . Tuy nhiên lượng vi trùng vẫn còn khá cao vì vậy cần thực hiện giai đoạn khử trùng nước thải. Khử trùng nước thải có thể sử dụng các biện pháp như clo hoá, ôzon khử trùng bằng tia hồng ngoại, UV…ở đây chọn phương pháp khử trùng bằng clo vì phương pháp này tương đối đơn giản, rẻ tiền và hiệu quả khá cao..
Khử trùng bằng dung dịch Clorin 5%. Bể tiếp xúc được thiết kế với dòng chảy ziczắc qua từng ngăn để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tiếp xúc giữa clo và nước thải. Tính toán bể tiếp xúc với thời gian lưu nước trong bể 15 phút.
Nguồn: “Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp” – Lâm Minh Triết-Nguyễn Thanh Hùng – Nguyễn Phước Dân”.
+ Lượng clo hoạt tính cần thiết để khử trùng nước thải được tính theo công thức:
Với a: liều lượng hoạt tính lấy theo Điều 6.20.3 – TCXD – 51 – 84: Đối với nước thải sau xử lý sinh học hoàn toàn : a = 3g/m3
Chọn thời gian tiếp xúc : t = 30 phút
+ Thể tích bể :
W = Q * t = 20,83 * 0,5 = 10,42 m3
Chiều sâu lớp nước trong bể được chọn H = 1 m
+ Diện tích bề mặt của bể tiếp xúc:
Với chiều cao của bể là: H = 1+0,3 = 1,3m
Với h = 0,3 là chiều cao bảo vệ.
+ Chiều rộng bể chọn B = 1 m
+ Chiều dài tổng cộng:
+ Chọn bể tiếp xúc gồm 5 ngăn, kích thước mỗi ngăn :
+ Tổng diện tích 5 ngăn sẽ là: 2,2 x 5 = 11m2 >10,42 m2
+ Vậy kích thước mỗi ngăn của bể: L B H = 2,2m1m1,3m
i. Bể nén bùn
Nhiệm vụ: Tách bớt nước do một phần bùn hoạt tính từ bể lắng 2 đưa vào, làm giảm sơ bộ độ ẩm của bùn, tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình xử lý bùn ở phần tiếp theo.
Chọn loại bể nén bùn đứng bằng trọng lực, bùn từ bể lắng đợt 2, từ bể lắng 1, bể UASB được đưa đến bể nén bùn nhằm làm giảm độ ẩm xuống còn khoảng 94 – 96%.
+ Thể tích bùn hoạt tính sinh ra trong ngăn lắng :
Trong đó:
b : Lượng bùn hoạt tính dư, lấy theo Nguồn: “Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp” – Lâm Minh Triết-Nguyễn Thanh Hùng – Nguyễn Phước Dân”
BOD5 = 30 mg/l có b = 250 g/m3
P : độ ẩm của bùn hoạt tính dư, P = 99,4%
+ Lượng bùn dư đưa đến bể nén bùn:
qbd = 0,5*Wb= 0,5*0,87 =0,44 m3/h
+ Diện tích hữu ích bề mặt yêu cầu :
.
Trong đó:
qbd: lưu lượng bùn hoạt tính dư dẫn vào bể nén bùn,qbd = 0,44 m3/h
vl : tốc độ chảy của chất lỏng ở vùng lắng trong bể nén bùn kiểu lắng đứng, lấy theo điều 6.10.3 – TCXD-51-84: vl = 0,1 mm/s
+ Diện tích ống trung tâm của bể nén bùn đứng:
Trong đó:
v2 = tốc độ chuyển động của bùn trong ống trung tâm, v2 = 28-30 mm/s, chọn v2 = 28mm/s
+ Diện tích tổng cộng của bể nén bùn đứng:
F = F1 + F2 = 1,22 + 0,0044= 1,2244m2
+ Đường kính của bể nén bùn:
+ Đường kính ống trung tâm:
=0,075m
+ Đường kính phần loe của ống trung tâm:
d1 = 1,35 * d = 1,35 * 0,075 = 0,1m
+ Đường kính tấm chắn:
dch = 1,3*d1 = 1,3*0,1 = 0,13m
+ Chiều cao phần lắng của bể nén bùn đứng:
h1 = vl* t * 3600 = 0,0001 * 10 * 3600 = 3,6 m
Trong đó:
t : thời gian lắng bùn lấy theo Bảng 3.13(“Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp” – Lâm Minh Triết-Nguyễn Thanh Hùng – Nguyễn Phước Dân”).
t = 10h
Chiều cao phần hình nón với góc nghiêng 45o, đường kính bể D = 1,3 m và đường kính của đỉnh đáy bể 1m:
+ Chiều cao tổng cộng của bể nén bùn:
HT = h1 + h2 + h3 = 3,6 + 0,15 + 0,4 = 4,15 m
Trong đó:
h3 = khoảng cách từ mực nước trong bể nén bùn đến thành bể,
h3 = 0,4 m
+ Kích thước của bể nén bùn (đường kính và chiều cao): D x H = 1.25 x 4.15m.
Nước tách ra trong quá trình nén bùn sẽ được dẫn trở lại bể điều hoà để tiếp tục xử lý.
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN KINH TẾ CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ
Phần máy móc – thiết bị
Chi phí điện năng:
Chi phí điện năng tính cho 01 ngày.
Đơn giá điện: 1300 đ/KW
Vậy tổng chi phí điện năng một ngày là: 192 x 1300 = 249,600 (đồng/ngày).
Chi phí hóa chất:
Chi phí nhân công:
Lương công nhân: 2 người x 2,000.000(đồng/tháng) = 4,000,000 (đồng/tháng).
Lương cán bộ: 1 người = 3,000,000 (đồng/tháng).
Tổng lương nhân công là: 4,000,000 + 3,000,000 = 7,000,000 (đồng/tháng).
Tổng chi phí quản lý và vận hành trong 1 năm:
Sa= 249,600 x 30 x 12 tháng + 75,000 x 30 x 12 tháng = 116,856,000 (đồng/năm).
Tổng chi phí đầu tư: Sb = 1,066,066,000+ 380,300,000= 1,446,366,000(đồng/năm).
Chi phí xây dựng được khấu hao trong 10 năm.Vậy chi phí khấu hao trong 1 năm là: 1,446,366,000/10 = 144,636,600 đồng/năm
Giá thành 1m3 nước thải là:(144,636,000 +116,856,000 )/500*300=1,750( đồng).
(Hết)
Xem thêm:
Tổng quan về Xử lý nước thải bệnh viện (Phần 1)
Tổng quan về Xử lý nước thải bệnh viện (Phần 2)
Tổng quan về Xử lý nước thải bệnh viện (Phần 3)
Mọi thông tin chi tiết vui lòng liên hệ Hotline: 0967 608 585.
—————————-💧💧💧———————————
CÔNG TY CỔ PHẦN WESTERNTECH VIỆT NAM
🏢 Số 1, Ngõ 2, Vương Thừa Vũ, Khương Trung, Thanh Xuân, Hà Nội
☎️ +84 2466 638 759
📧 info@westerntechvn.com
